Anziehungskraft von Teilchen/Warum reagieren sie überhaupt?

[MarvinB]

Hallo liebes Forum,
ich bin Schüler der 12. Klasse eines Berufsgymnasiums und habe in letzter zeit nicht mehr so gute noten in Chemie. Da mich die Chemie aber zunehmend interessiert, sodass ich es mittlerweile sogar Studieren möchte, habe ich angefangen, mich damit für die Schule und aus Privatem interesse intensiv auseinander zu setzten. Allerdings habe ich oft große Schwierigkeiten mit dem Verständnis, da es zu den allg. Regeln oft so viele Ausnahmen gibt und viel einfach nur durch herausfinden entdeckt wurde, was man einfach so ohne Regel hinnehmen muss. Beim Lernen bin ich nun aber auf 2 Fragen gestoßen, die mir das Verständnis für Reaktionen wehsentlich erleichtern würden, wenn es dafür Antworten gibt.

Die erste Frage beschäftigt sich teilweise mit der Frage, warum es überhaupt zu reaktionen kommt... Denn in vielen Informationen und auch im Unterricht wird einem oft nur das WIE aber nicht das WARUM erklärt. Die eigentliche Frage ist, woran kann ich erkennen, wie stark Stoffe aneinander gebunden sind und was dazu in der Lage ist, diese Bindung aufzubrechen.

Dazu mal 2 Beispiele: Als erstes die Synthese von Wasser. Wasser wird ja hergestellt, indem man Wasserstoff und Sauerstoff reagiren lässt. Beides liegt ja als Gas in gebundener Form vor. Also:

2H2 + O2 -> 2 H2O

Woran kann ich jetzt aber erkennen, wie Stark die Bindung zwischen den H-Atomen und den O-Atomen ist, und die beim H2O? Fest steht ja, dass die vom H2O größer sein muss, als bei den Gasmolekülen, sonst würde es ja wieder zurückreagieren, bzw garnicht reagieren. Kann man das irgendwie berechnen, oder muss man für jede Reaktion einfach wissen, dass sie so abläuft, wie sie abläuft, weil es irgendjemand herausgefunden hat? Außerdem stellt sich mir die Frage, warum sich die Gasmoleküle überhaupt auftrennen um miteinander zu reagieren, da sie ja zu zweit schon die Edelgaskonfiguration haben, also was bewegt sie dazu, diese (wenn auch nur für eine kurze Zeit) zu verlassen?

Das Zweite ist bei der Kochsalzwasserlösung. Die Natriumionen trennen sich im Wasser ja von den Chloridionen. Auch hier kann man ja die Frage stellen, wie kann man errechnen, dass die Anziehungskraft des polarisierten Wassers größer ist, als die der Atome im Kristall? Bei dem Beispiel habe ich aber noch eine andere Frage: Wenn die Atome voneinander getrennt werden, warum ist das dann immernoch Kochsalz? Eigentlich ist es dann doch nurnoch ein Chlor-Natrium-Wassergemisch...

Und bei der Autoprotolyse des Wassers wird das H-Atom ja abgespalten, weil das O-Atom durch die hohe Elektronegativität, in der Lage ist, das Elektron ganz zu sich herüberzuziehen und somit ist das H-Atom nicht mehr gebunden (so wurde es mir jedenfalls erklärt) und wird dann über die Polarität eines anderen Wasseratoms angezogen. Aber auch hier kommt mir die Frage auf, warum ist die Anziehungskraft des nun ja negativ geladenen OH-Ions jetzt kleiner, als die des anderen Wasseratoms und warum wird sie dann wieder größer (was sie ja folglich werden muss, wenn die Reaktion wieder in die umgekehrte Richtung geht)? Ich weiß, das ist eine ähnliche Frage, wie oben, aber diese bezieht sich jetzt allgemein auf die Bildung von Ionen und Gleichgewichtsreaktionen.

Dann habe ich noch eine Frage zu einem ganz anderen Thema: der Elektronenkonfiguration im Atom. Allgemein gibt es ja ein bestimmtes Schema der EK bei einem Element. Also so hat zB C ja auf der 1. Schale 2s Elektronen und auf der 2. Schale 2s Elektronen und 2p Elektronen. Aber dann gibt es ja auch Elemente, die da aus der Reihe tanzen. ZB Chrom. Gibt es dafür eine logische Erklärung (also außer, dass das energetisch günstiger füär das Atom ist), oder muss man das auch einfach so hinnehmen wie es ist?

So, das waren jetzt mehrere Fragen in einem Thema, ich hoffe, das ist nicht schlimm und trotzdem einigermaßen übersichtlich.

Lg Marvin

[Auwi]

Warum die Welt so ist, wie sie ist, mußt Du woanders fragen, am besten gleich den "lieben Gott", denn seine "Stellvertreter" wissen es auch nicht.
Naturwissenschaften beschreiben das, was Menschen beobachten können. Dann sucht man nach Gesetzmäßigkeiten, mit denen man das beschreiben, benutzen und "verstehen" kann. Warum das alles so ist, wie es ist, wirst Du auch von einem Naturwissenschafter nicht erfahren können.
Deine Fragen nach den Bindungskräften wirst Du später beantworten können, wenn Du z.B. über die Energetik chemischer Reaktionen das erfahren hast, was Generationen von Wissenschaftern als Gesetzmäßigkeit herausgefunden haben.
Aber: WARUM DAS SO IST , kann Dir keiner ernsthaft sagen, nur, wie es nach unserem Verständnis funktioniert.

[kaka]

Allerdings habe ich oft große Schwierigkeiten mit dem Verständnis, da es zu den allg. Regeln oft so viele Ausnahmen gibt und viel einfach nur durch herausfinden entdeckt wurde, was man einfach so ohne Regel hinnehmen muss.

Was aber doch nur zeigt, dass die vermeintlich allgemein gültigen Regeln lückenhaft sind. Was aber nicht bedeutet, dass man Realitäten jenseits dieser Regeln ohne Begründung akzeptieren müsste. Nur haben auch "verbesserte Regeln" einerseits das prinzipiell gleiche Problem, dass auch sie nicht immer zutreffen und außerdem den Nachteil , weniger leicht verständlich zu sein und in der Regel ein tieferes Grundlagenverständnis seitens des Lernenden erfordern. In der Chemie vorzugsweise Grundlagen aus der Physik und letztlich auch der Mathematik.

Und die Lehrenden betreffend ist es so, dass diese auch nicht alles verstanden haben. Und dies schon allein deshalb nicht, weil ja auch die Wissenschaft insgesamt nicht alles versteht. Recht besehen unser Verständnis des Naturgeschehens gering ist im Vergleich zu all dem ist, was man noch nicht verstanden hat. Ein gegenteiliger Eindruck also nur deshalb zutreffend erscheint, weil man in der Lehre fast ausschließlich über Dinge Fragen diskutiert, die wenigstens einer aus dem Kreis der Diskutierenden beantworten kann. Diese manchmal aber auch falsch beantwortet, ohne dass dieser Umstand entdeckt wird, weil alle anderen nicht in der Lage sind, alle Antworten kritisch zu bewerten.

Die erste Frage beschäftigt sich teilweise mit der Frage, warum es überhaupt zu reaktionen kommt... Denn in vielen Informationen und auch im Unterricht wird einem oft nur das WIE aber nicht das WARUM erklärt.

Was in aller Regel daran liegt, dass der Lehrer über keine Begründung verfügt, von der er meint, dass sie von der Mehrheit der Schüler verstanden werden kann. Was auch die Möglichkeit beinhaltet, dass ein Lehrer auch für sich selbst noch keine Begründung gefunden hat. Ein Schüler aber ja die Möglichkeit hat, seinen Lehrer in oder außerhalb des Unterrichts nach Begründungen zu fragen.

Die eigentliche Frage ist, woran kann ich erkennen, wie stark Stoffe aneinander gebunden sind und was dazu in der Lage ist, diese Bindung aufzubrechen.

Dazu mal 2 Beispiele: Als erstes die Synthese von Wasser. Wasser wird ja hergestellt, indem man Wasserstoff und Sauerstoff reagiren lässt. Beides liegt ja als Gas in gebundener Form vor. Also:

2H2 + O2 -> 2 H2O

Ich versuche es mal so : Ein Maß für die Stärke einer Bindung ist die Energie, die man für die Spaltung dieser Bindung benötigt . Was angewendet auf Ihr Beispiel bedeutet, dass man für die Spaltung der beiden H-H - Bindungen und die Spaltung der ( nach Oktettregel ) zwei O - O Bindungen weniger Energie benötigt, als zur Spaltung der 2 x 2 = 4 O-H - Bindungen.

Aber einmal abgesehen davon, dass die allein auf die Energie bezogene Betrachtung prinzipiell gesehen nicht zutreffen kann, weil schließlich ja nicht alles und jedes seine Energie abgeben kann, da diese wegen der Energieerhaltung ja schließlich irgendwo bleiben muss.....
.... wäre dann ja auch noch zu fragen, warum denn die Energieverhältnisse meinen Schlussfolgerungen entsprechend so sein müssen. Nun kann man zwar Bindungsenergien berechnen, dies aber nicht so , wie es meinem Verständnis nach befriedigend wäre und somit schon gar nicht so, dass ich es ihnen hier erklären könnte oder möchte.

Aber ein paar grundsätzliche Aspekte kann ich schon noch beitragen : Dass die ausschließlich energetische Betrachtung nicht zutreffen kann, ergibt sich ja auch bereits aus dem allgemein gültigen Befund , dass jede noch so starke Bindung mit steigender Temperatur zunehmend dissozziert vorliegt, die allein auf die Energieverhältnisse abstellenden Begründungen also prinzipiell wie allenfalls für T = 0 Kelvin zutreffen können. Die mit zunehmender Temperatur verbundene Energiezunahme ( wieso eigentlich dieses ? ) aber nun mal bedeutet, dass diese Energie ja irgendwie verteilt werden muss. Die Moleküle sich also schneller hin und her bewegen, rotieren und auch zu schwingen beginnen, was bei großer Amplitude auch eine Spaltung der Bindung zufolge haben kann. Was vom Prinzip her noch relativ leicht zu verstehen scheint. Schwieriger aber schon zu erklären ist, warum dies im Fall des Wassers bedeutet, dass bei einigen Tausend Kelvin der größte Teil der Moleküle nicht mehr als H2O , sondern als H2 und O2 vorliegt . Das Gassystem außerdem noch H - und O - Atome enthält, deren Anteil mit steigender Temperatur weiter zunimmt, bis bei einer noch wesentlich höheren Temperatur nahezu alle Moleküle in Atome dissozziiert sind und auch die Atome zu ionisieren beginnen usw., usf. bis bei irgend einer extrem hohen Temperatur nur noch Elementarteilchen vorhanden sind ...

Das Zweite ist bei der Kochsalzwasserlösung. Die Natriumionen trennen sich im Wasser ja von den Chloridionen. Auch hier kann man ja die Frage stellen, wie kann man errechnen, dass die Anziehungskraft des polarisierten Wassers größer ist, als die der Atome im Kristall?

Nachdem , was ich bis jetzt geschrieben habe, sollte klar sein, dass die Berechnung nicht so einfach ist, wie manche Schulbücher glauben machen wollen.

Bei dem Beispiel habe ich aber noch eine andere Frage: Wenn die Atome voneinander getrennt werden, warum ist das dann immernoch Kochsalz?

Wenn eine Verbindung in was auch immer dissozziert, so ist ein anderer stofflicher Zustand entstanden, der dann auch dem entsprechend anders bezeichnet werden muss. Eine Lösung aus Kochsalz und Wasser ist etwas anderes als das Gemenge aus Kochsalz und Wasser, das unmittelbar vor dem Lösevorgang bestanden hat. Es trifft also nicht zu , dass hydratisierte Na+ und Cl- Ionen " immer noch Kochsalz " sind.

[Gast]

Hallo,
Vielen Dank erteinmal für die Antworten, die zu meiner enttäuschung leider etwas allgemein ausgefallen sind, was aber wohl in der Natur der Frage liegt. Ich habe mich in den letzten Tagen ja weiter mit dem Thema beschäftigt und ich denke ich muss wohl ersteinmal das, was die Menschen beobachtet haben so hinzunehmen wie es ist und so auch anzuwenden. Ich meine, dass man das alles noch nicht 100%tig erklären kann, war mir ja schon von vornherein klar, ich habe mich früher auch ziemlich intensiv mit der Physik der kleinsten Teilchen befasst (also bis in den Bereich der Quantenmechanik) und habe da ja auch schon festgestellt, dass wir einfach noch nicht so weit mit unseren kenntnissen sind.

Ich hätte nur ghedacht, dass man sowas unter umständen berechnen kann, so dass man grob voraussagen kann, ob und wie zB 2 Stoffe miteinander reagieren, ohne vorher durch beobachtungen anderer zu wissen, was passiert. Also zB dass Säuren und Basen zu Salz und Wasser reagieren ohne dass man das Säure-Base-Reaktionsschema kennt, nur durch berechnungen. Allerdings habe ich mir ja schon gedacht, dass das nicht so einfach geht.

Trotzdem vielen Dank für die Antworten, Lg Marvin.

[kaka]

Vielen Dank erteinmal für die Antworten, die zu meiner enttäuschung leider etwas allgemein ausgefallen sind

Die Enttäuschung haben wir zwar gemeinsam, nur sehe ich einen wesentlichen Unterschied insbesondere darin, dass ich mich bemüht habe , in meinem Beitrag auf den Text Ihres Eröffnungsbeitrags einzugehen und mich damit auseinander zu setzen, während Ihre Reaktion keinerlei konkreten Bezug zu meinem Beitrag erkennen lässt. Woraus ich schließen muss, dass meine gesamte Schreibe Sie nicht im Geringsten interessiert hat oder Sie überhaupt nichts damit anfangen konnten. So oder so ein ziemlich ernüchterndes Ergebnis....